DE19860581A1 - Semiconductor device and manufacturing method - Google Patents

Abstract

Translated fromGerman

In einem Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterelementes (6) mit einer Kathode (3) und einer Anode (5) wird als Ausgangsmaterial ein relativ dicker Wafer (1) verwendet, in welchem als erster Schritt anodenseitig eine Stoppzone (21) eingebracht wird. Anschließend wird er kathodenseitig behandelt, woraufhin die Dicke des Wafers (1) auf der der Kathode (3) entgegengesetzten Seite reduziert wird und in einem weiteren Schritt auf dieser Seite eine Anode (5) erzeugt wird. Es entsteht ein relativ dünnes Halbleiterelement, welches kostengünstig und ohne Epitaxie-Schichten herstellbar ist.In a method for producing a semiconductor element (6) with a cathode (3) and an anode (5), a relatively thick wafer (1) is used as the starting material, in which a stop zone (21) is introduced as the first step on the anode side. It is then treated on the cathode side, whereupon the thickness of the wafer (1) on the side opposite the cathode (3) is reduced and an anode (5) is produced in a further step on this side. The result is a relatively thin semiconductor element, which can be produced inexpensively and without epitaxial layers.

Description

Translated fromGerman

Technisches GebietTechnical field

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Leistungselektronik. Sie bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterelementes gemäss Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie eines Halbleiterelementes gemäss Oberbegriff des Patentanspruches 7.The invention relates to the field ofPower electronics. It relates to a procedure forManufacture of a semiconductor element according to the preamble ofClaim 1 and a semiconductor element according toPreamble of claim 7.

Stand der TechnikState of the art

Um bestmögliche elektrische Charakteristiken von Halbleiter-Leistungsschaltern, wie zum Beispiel eines IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) zu erzielen, muss die Dicke der aktiven Zone eines Halbleiterelementes so nahe wie möglich an den physikalischen Materialgrenzen gewählt werden.In order to achieve the best possible electrical characteristics of semiconductorCircuit breakers, such as an IGBT (InsulatedGate Bipolar Transistor) to achieve the thickness of theactive zone of a semiconductor element as close as possiblethe physical material limits can be selected.

Beispielweise hat die Dicke einen direkten Einfluss auf die Durchlassverluste. Im Falle von Durchbruchspannungen von 600-1800 V sind deshalb Dicken des Halbleiterelementes von 60-250 µm wünschenswert. Derartig geringe Dicken stellen jedoch in der Produktion der Halbleiterelemente ein grosses Problem dar, da Wafer mit einem Durchmesser von 100 mm und mehr eine Dicke von mindestens 300 µm aufweisen sollten, um die Bruchgefahr bei der Herstellung zu minimieren.For example, the thickness has a direct influence on thePassage losses. In the case of breakdown voltages of 600-1800 V.are therefore thicknesses of the semiconductor element of 60-250 microns desirable. However, such small thicknessesa big problem in the production of semiconductor elementsbecause wafers with a diameter of 100 mm and more are oneShould have a thickness of at least 300 µm to theTo minimize the risk of breakage during manufacture.

Bisher wurde dieses Problem durch die sogenannte Epitaxie-Technik gelöst. Dabei wird auf einem Trägersubstrat mit einer relativ grossen Dicke von 400-600 µm eine elektrisch aktive Zone gezüchtet. Das Träger-Substrat gewährleistet dabei dem entstandenen Halbleiterelement einerseits die notwendige Stabilität, andererseits bildet das Substrat die Anode des Halbleiterelementes.So far this problem has been caused by the so-called epitaxyTechnology solved. It is on a carrier substrate with arelatively large thickness of 400-600 µm an electrically activeZone bred. The carrier substrate ensures thiscreated semiconductor element on the one hand the necessaryStability, on the other hand, the substrate forms the anode of theSemiconductor element.

Im allgemeinen ist zwischen Trägersubstrat und elektrisch aktiver Zone eine Stoppschicht, auch Buffer genannt, angeordnet. Die Stoppschicht dient im Blockierfall dazu, das elektrische Feld abrupt vor der Anode abzubremsen und damit von dieser fern zu halten, da, sollte das elektrische Feld die Anode erreichen, das Halbleiterelement zerstört wird. Die Züchtung der aktiven Zone ist ein langwieriges und kompliziertes Verfahren, so dass diese Epitaxie-Technik relativ teuer ist. Ferner weist diese Technik den Nachteil auf, dass es nicht möglich ist, das Trägersubstrat, das heisst die Anode, genügend schwach zu dotieren. Dies wäre jedoch von Vorteil, da die Anode eines Leistungshalbleiterelementes möglichst schwach dotiert sein sollte, damit dieses ideale elektrische Eigenschaften erhält. Eine schwache Dotierung bedeutet jedoch eine hohe Resistivität, was bei der relativ grossen Dicke des Trägersubstrates zu einem nicht vernachlässigbaren Widerstandswert führen würde.Generally is between carrier substrate and electricalactive zone a stop layer, also called buffer,arranged. In the event of a blockage, the stop layer serves to:to brake the electric field abruptly in front of the anode and thusto keep away from this, there should be the electric fieldReach the anode, the semiconductor element is destroyed. TheBreeding the active zone is a lengthy andcomplicated procedure, so this epitaxy techniqueis relatively expensive. This technique also has the disadvantageon that it is not possible to support the substrate, that isthe anode to dope sufficiently weakly. However, this would be ofAdvantage because the anode of a power semiconductor elementshould be as weakly endowed as possible so that this is idealmaintains electrical properties. A weak granthowever, means a high resistivity, which is the case with the relativelarge thickness of the carrier substrate to a notnegligible resistance value. 

Es ist deshalb ein neueres Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterelementes bekannt, welches keine Epitaxie-Schichten benötigt. Derartige Verfahren sind beispielsweise bekannt aus Darryl Burns et al., NPT-IGBT-Optimizing for manufacturability, IEEE, Seite 109-112, 0-7803-3106-0/1996; Andreas Karl, IGBT Modules Reach New Levels of Efficiency, PCIM Europe, Issue 1/1998, Seite 8-12 und J. Yamashita et al., A novel effective switching loss estimation of non­punchthrough and punchthrough IGBTs, IEEE, Seite 331-334, 0-7803-3993-2/1997. Die mit diesem Verfahren hergestellten Halbleiterelemente werden als NPT (non-punch-through) bezeichnet, im Gegensatz zu den punch-through Halbleiterelementen gemäss dem Epitaxie-Verfahren.It is therefore a newer method of making oneKnown semiconductor element, which has no epitaxial layersneeded. Such methods are known for example fromDarryl Burns et al., NPT-IGBT Optimizing formanufacturability, IEEE, page 109-112, 0-7803-3106-0 / 1996;Andreas Karl, IGBT Modules Reach New Levels of Efficiency,PCIM Europe, Issue 1/1998, pages 8-12 and J. Yamashita et al.,A novel effective switching loss estimation of nonpunchthrough and punchthrough IGBTs, IEEE, page 331-334, 0-7803-3993-2 / 1997. The manufactured with this methodSemiconductor elements are called NPT (non-punch-through)referred to, as opposed to punch-throughSemiconductor elements according to the epitaxy method.

Bei diesem Verfahren dient ein relativ dicker Wafer ohne Epitaxieschicht als Ausgangsmaterial. Typische Dicken liegen bei 400-600 µm. In einem ersten Schritt wird der Wafer kathodenseitig behandelt, das heisst, es werden Photolithographie, Ionenimplantation, Diffusionen, Ätzungen und sonstige für die Herstellung des Halbleiterelementes notwendigen Prozesse durchgeführt. In einem zweiten Schritt wird der Wafer auf der der Kathode entgegengesetzten Seite auf seine gewünschte Dicke reduziert. Dies erfolgt durch übliche Techniken, im allgemeinen durch Schleifen und Ätzen. In einem dritten Schritt wird nun auf dieser reduzierten Seite eine Anode eindiffundiert.A relatively thick wafer without is used in this methodEpitaxial layer as a starting material. Typical thicknesses areat 400-600 µm. In a first step, the waferTreated on the cathode side, that is, it will bePhotolithography, ion implantation, diffusions, etching andother for the manufacture of the semiconductor elementnecessary processes carried out. In a second stepthe wafer is on the opposite side of the cathodereduced its desired thickness. This is done through usualTechniques, generally by grinding and etching. In onethird step is now on this reduced pageAnode diffused.

Obwohl sich dieses Verfahren gegenüber dem Epitaxieverfahren durch seine geringeren Kosten auszeichnet, weist es doch auch mehrere Nachteile auf:
Die Diffusion der Anode ist relativ schwierig, da in diesem Verfahrensschritt der Wafer bereits sehr dünn ist und somit leicht brechen kann. Zudem darf das Element nicht mehr stark erhitzt werden, da im ersten Verfahrensschritt bereits kathodenseitig Metallschichten aufgebracht worden sind, welche bei Temperaturen über 500°C schmelzen. Somit lässt sich nur eine geringe Dotierung der Anode erzielen. Dies könnte sich zwar positiv auf die elektrischen Eigenschaften des Halbleiterelementes auswirken. Da es jedoch nicht gelingt, eine genügend starke Dotiermenge einzubauen, welche als Buffer dienen könnte, muss das Halbleiterelement genügend dick sein, damit im Sperrbetrieb ein Lawinenzusammenbruch erfolgt, bevor das elektrische Feld die Anode erreicht. Grundsätzlich sind derartig hergestellte Halbleiterelemente somit dicker als nach der Epitaxie-Technik hergestellten Elemente. Dadurch ist der Vorteil der schwach dotierten Anode durch die eingangs erwähnten Nachteile einer zu dicken aktiven Zone zumindest teilweise aufgehoben.Although this method is characterized by its lower cost compared to the epitaxy method, it also has several disadvantages:
Diffusion of the anode is relatively difficult since in this process step the wafer is already very thin and can therefore easily break. In addition, the element may no longer be heated to a great extent, since metal layers which melt at temperatures above 500 ° C. have already been applied on the cathode side in the first process step. This means that only a low doping of the anode can be achieved. This could have a positive effect on the electrical properties of the semiconductor element. However, since it is not possible to incorporate a sufficiently high doping amount that could serve as a buffer, the semiconductor element must be sufficiently thick so that an avalanche breakdown occurs in blocking operation before the electric field reaches the anode. In principle, semiconductor elements produced in this way are therefore thicker than elements produced using the epitaxy technique. As a result, the advantage of the weakly doped anode is at least partially nullified by the disadvantages mentioned at the beginning of an active zone that is too thick.

In EP-A-0'700'095 ist ferner ein abschaltbarer Thyristor offenbart, welcher für hohe Blockierspannungen geeignet ist. Er besteht aus einem Halbleiterelement mit einer Anode und einer Kathode, wobei die Anode einen transparenten Emitter aufweist. Derartige Anodenemitter sind bereits für Bauelemente mit geringer Leistung wie Solarzellen, Dioden oder Transistoren bekannt. Unter einem transparenten Anodenemitter versteht man einen anodenseitigen Emitter mit vergleichsweise schwacher Injektion, so dass hohe Anteile des von der Kathode kommenden Elektronenstroms rekombinationslos und damit ohne Auslösung eines injizierten Loches extrahiert werden können. Diesem transparenten Anodenemitter ist eine Stoppschicht vorgelagert, welche zum einen im Sperrbetrieb das elektrische Feld reduziert, zum anderen aber auch dazu dienen kann, die Injektionseffizienz der transparenten Anode zu beeinflussen. Die Stoppschicht wird dabei entweder eindiffundiert oder epitaktisch erzeugt, wobei das Dotierprofil im ersten Fall eine Gauss'sche Verteilung und im zweiten Fall eine über die Schichtdicke homogene beziehungsweise stufenförmige Verteilung aufweist. Obwohl dieses Halbleiterelement im Betriebszustand ein positives Verhalten aufweist, lässt es sich aufgrund der Bruchgefahr ebenfalls nicht beliebig dünn herstellen.EP-A-0'700'095 also has a thyristor that can be switched offdiscloses which is suitable for high blocking voltages.It consists of a semiconductor element with an anode anda cathode, the anode being a transparent emitterhaving. Such anode emitters are already used for componentswith low power such as solar cells, diodes orTransistors known. Under a transparent anode emitterone understands an anode-side emitter with comparativelyweak injection, so high levels of from the cathodecoming electron stream without recombination and thus withoutTriggering an injected hole can be extracted.This transparent anode emitter is a stop layerupstream, which on the one hand, the electricalField reduced, but can also serve the otherTo influence the injection efficiency of the transparent anode.The stop layer is either diffused in orgenerated epitaxially, the doping profile in the first casea Gaussian distribution and in the second case one over theLayer thickness homogeneous or step-like distribution having. Although this semiconductor element is in the operating statehas a positive behavior, it can beAlso, do not make breakage thin.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, ein möglichst dünnes Halbleiterelement zu schaffen, welches kostengünstig herstellbar ist.It is therefore an object of the invention to be as thin as possibleTo create semiconductor element, which is inexpensivecan be produced.

Diese Aufgabe löst ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 sowie ein Halbleiterelement mit den Merkmalen des Patentanspruches 7.This task is solved by a method with the characteristics ofClaim 1 and a semiconductor element with theFeatures of claim 7.

Das erfindungsgemässe Verfahren kombiniert die Vorteile eines mittels Epitaxie-Technik und eines mittels NPT-Technik hergestellten Halbleiterelementes, wobei ein Halbleiterelement geschaffen wird, welches sich in seinen elektrischen Eigenschaften von den mit diesen zwei bekannten Verfahren hergestellten Halbleiterelementen klar abhebt.The method according to the invention combines the advantages of ausing epitaxy technology and one using NPT technologymanufactured semiconductor element, wherein a semiconductor elementis created, which is in its electricalCharacteristics of the two known methodsmanufactured semiconductor elements clearly stands out.

Erfindungsgemäss wird wie in der NPT-Technik ohne Epitaxieschichten gearbeitet, wobei vor der kathodenseitigen Behandlung des Ausgangsmaterials eine Stoppzone eingebracht wird. Die Einbringung der Stoppzone erfolgt von einer der zukünftigen Kathode entgegengesetzten Seite des Wafers mittels Dotierung, wodurch ein Dotierprofil entsteht, dessen Dichte zur zukünftigen Anode hin zunimmt und welches ein abgeschnittenes Dotierprofil aufweist. Nach kathodenseitiger Prozessierung wird der Wafer so weit gedünnt, dass das Dotierprofil bis auf eine niedrig dotierte Endzone entfernt wird, welche im wesentlichen die Stoppzone bildet.According to the invention, as in NPT technology, withoutEpitaxial layers worked, being in front of the cathode sideTreatment of the starting material introduced a stop zonebecomes. The stop zone is introduced by one of thefuture cathode opposite side of the waferDoping, which creates a doping profile, its densityincreases towards the future anode and which onehas cut off doping profile. After cathode sideProcessing, the wafer is thinned to the extent thatDoping profile removed except for a low doped end zonewhich essentially forms the stop zone.

Anschliessend lässt sich eine schwach dotierte Anode, vorzugsweise mit einem transparenten Anodenemitter, herstellen, welche durch die benachbarte, vorzugsweise angrenzende Stoppzone, im Sperrbetrieb vor dem elektrischen Feld geschützt ist.A weakly doped anode can then be preferably with a transparent anode emitter,produce, which by the neighboring, preferablyadjacent stop zone, in blocking operation before the electricalField is protected.

Vorteilhaft ist ferner, dass das erfindungsgemässe Halbleiterelement6 im Gegensatz zu den Elementen der Epitaxie-Technik einen positiven Temperaturkoeffizienten des Spannungsabfalls im Durchlassbetrieb aufweist.It is also advantageous that the semiconductor element6 according to the invention, in contrast to the elements of epitaxy technology, has a positive temperature coefficient of the voltage drop in the forward mode.

Das erfindungsgemässe Verfahren lässt sich zur Herstellung der verschiedenartigsten Halbleiterelemente, insbesondere für IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistor), GTOs (Gate turn-off Thyristor) oder konventionelle Thyristoren verwenden.The method according to the invention can be used to produce themost diverse semiconductor elements, especially forIGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistor), GTOs (Gate turn-offThyristor) or conventional thyristors.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen gehen aus den abhän­gigen Patentansprüchen hervor.Further advantageous embodiments are shown in the dependexisting patent claims.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Im folgenden wird das erfindungsgemässe Verfahren und der Erfindungsgegenstand anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels, welches in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt ist, näher erläutert. Es zeigen:In the following the inventive method and theSubject of the invention based on a preferredEmbodiment, which in the accompanying drawingsis illustrated, explained in more detail. Show it:

Fig. 1a-1e die Herstellung eines erfindungsgemässen Halbleiterelementes vom Ausgangsmaterial bis zum Endprodukt undFigs. 1a-1e, the manufacture of an inventive semiconductor element from the starting material to the end product and

Fig. 2 eine graphische Darstellung eines Diffusionsprofils sowie des elektrischen Feldes im Sperrbetrieb entlang dem Schnitt A- A' gemässFig. 1b bzw. dem Schnitt A-B gemässFig. 1e.Fig. 2 is a graphical representation of a diffusion profile and the electric field in blocking operation along the section A-A 'according toFig. 1b or section AB according toFig. 1e.

Wege zur Ausführung der ErfindungWays of Carrying Out the Invention

Wie in denFig. 1a bis 1e dargestellt ist, wird das erfindungsgemässe Halbleiterelement aus einem einstückigen, vorzugsweise uniform n^--dotierten Wafer1 hergestellt (Fig. 1a). Der Wafer1 in seiner Form als Ausgangsmaterial ist relativ dick, wobei die Dicke so bemessen ist, dass sie die Bruchgefahr beim Handhaben des Wafers1 minimiert. Typische Werte liegen bei 400-600 µm.. As shown inFigures 1a to 1e, the inventive semiconductor element is of a one piece, preferably uniform n^- prepared -doped wafer1(Fig. 1a). The wafer1 in its form as the starting material is relatively thick, the thickness being dimensioned such that it minimizes the risk of breakage when handling the wafer1 . Typical values are 400-600 µm.

In einem ersten Verfahrensschritt wird der Wafer1 von einer Seite her n⁺-dotiert, wobei hierfür bekannte Techniken, wie Ionen-Implantation mit anschliessender Diffusion, Belegung mit anschliessender Diffusion oder Diffusion aus der Gasphase, verwendet werden. Wie inFig. 1b mit Pfeilen dargestellt ist, erfolgt die Dotierung einseitig. Es ist jedoch auch möglich, den Wafer zweiseitig zu dotieren, wobei in diesem Fall der Wafer anschliessend auf einer Seite reduziert wird. Im Wafer1 resultiert ein Diffusionsgebiet2 mit einem Dotierprofil20, welches quellenseitig zunimmt (Fig. 2), wobei es von einer niedrig n-dotierten Zone in eine hochdotierte n⁺-Zone übergeht. Die Form des Dotierprofils hängt von der Herstellungstechnik ab, im allgemeinen ist sie gaussförmig oder entspricht einer komplementären Fehlerfunktion.In a first method step, the wafer1 is n⁺ -doped from one side, known techniques such as ion implantation with subsequent diffusion, coating with subsequent diffusion or diffusion from the gas phase being used for this. As shown inFIG. 1b with arrows, the doping takes place on one side. However, it is also possible to dope the wafer on two sides, in which case the wafer is subsequently reduced on one side. A diffusion region2 results in the wafer1 with a doping profile20 , which increases on the source side (FIG. 2), with a transition from a low n-doped zone to a highly doped n⁺ zone. The shape of the doping profile depends on the manufacturing technique, in general it is Gaussian or corresponds to a complementary error function.

Die Eindringtiefe ist relativ hoch, vorzugsweise reicht sie über mindestens die halbe Dicke des Wafers1, jedoch nicht bis zur gegenüberliegenden Seite. Die Dotierung ist inFig. 1b punktiert dargestellt, wobei die Dichte der Punkte schematisch die Dotierungsdichte kennzeichnen. Vorzugsweise ist das Dotierprofil jedoch im Gegensatz zur Darstellung gemässFig. 1b stufenlos.The penetration depth is relatively high, preferably it extends over at least half the thickness of the wafer1 , but not to the opposite side. The doping is shown in dotted lines inFIG. 1b, the density of the dots schematically characterizing the doping density. In contrast to the illustration according toFIG. 1b, however, the doping profile is preferably stepless.

Durch die Wahl der Eindringtiefe sowie der Steigung des Dotierprofils20 lässt sich die Dicke des resultierenden Halbleiterelementes vordefinieren, wie später erläutert wird. Die Diffusion erfolgt im allgemeinen bei einer relativ hohen Temperatur, vorzugsweise bei über 1200°C. Durch die grosse Eindringtiefe ist eine relativ lange Diffusionszeit, im allgemeinen über mehrere Tage, notwendig.The thickness of the resulting semiconductor element can be predefined by the choice of the penetration depth and the slope of the doping profile20 , as will be explained later. The diffusion generally takes place at a relatively high temperature, preferably above 1200 ° C. Due to the large penetration depth, a relatively long diffusion time, generally over several days, is necessary.

In einem nächsten Schritt wird die nicht diffundierte Seite des Wafers1 behandelt, wobei eine Kathodenstruktur3 mit einer n⁺-dotierten Kathode3', eine Kathodenmetallisierung4 und vorzugsweise eine Steuerelektrode7 mittels bekannter Prozesse auf- beziehungsweise eingebracht wird. Diese Prozesse entsprechen den bei der NPT-Technik beschriebenen und werden hier deshalb nicht mehr ausführlich erläutert. Je nach Typ des herzustellenden Halbleiterelementes unterscheiden sich diese Prozesse, so wie sich auch die daraus entstehenden Strukturen der aktiven Zone3 unterscheiden. Das inFig. 1c dargestellte Ergebnis einer derartigen kathodenseitigen Behandlung ist deshalb lediglich ein Beispiel von vielen Möglichkeiten.In a next step, the undiffused side of the wafer1 is treated, a cathode structure3 with an n⁺ -doped cathode3 ', a cathode metallization4 and preferably a control electrode7 being applied or introduced using known processes. These processes correspond to those described for NPT technology and are therefore no longer explained in detail here. Depending on the type of semiconductor element to be manufactured, these processes differ, just as the structures of the active zone3 resulting therefrom also differ. The result of such a cathode-side treatment shown inFIG. 1 c is therefore only one example of many possibilities.

In einem nächsten Schritt wird nun der Wafer1 auf der der Kathodenmetallisierung4 entgegengesetzten Seite in seiner Dicke reduziert, vorzugsweise durch Schleifen und Ätzen, wie dies in der NPT-Technik durchgeführt wird. Vorzugsweise wird dabei das gesamte Diffusionsgebiet2 bis auf eine niedrig n­dotierte Endzone entfernt, welche mindestens annähernd eine Stoppzone21 bildet.In a next step, the thickness of the wafer1 on the side opposite the cathode metallization4 is reduced, preferably by grinding and etching, as is done in the NPT technique. The entire diffusion region2 is preferably removed except for a low n-doped end zone, which forms at least approximately a stop zone21 .

In einem letzten Schritt (Fig. 1e) wird auf der reduzierten Seite des Wafers1 eine Anode mit einem transparenten Anodenemitter eingebracht, indem eine Randzone entsprechend dotiert wird. Diese Randzone ist im Vergleich zur Dicke des resultierenden Halbleiterelementes schmal. Der Anodenemitter, welcher im hier dargestellten Fall die gesamte Anode bildet, wird dabei p⁺-dotiert, wobei die Flächenbelegung mit p-Dotieratomen an der Anode weniger als 2 × 10¹⁴ cm^-2, vorzugsweise weniger als 1 × 10¹³ cm^-2 beträgt. Je nach Typ des Halbleiterelementes weist die Anode verschiedenartige Strukturen auf. Anschliessend lässt sich auch auf dieser Seite eine zweite Metallschicht, die Anodenmetallisierung6, zur Kontaktierung anbringen. Vorzugsweise wird zum Schluss die Anodeneffizienz durch Bestrahlung mit hochenergetischen Ionen in die Anode5 und den an die Anode5 angrenzenden Teil der Stoppschicht21 reduziert.In a last step (FIG. 1e), an anode with a transparent anode emitter is introduced on the reduced side of the wafer1 by appropriately doping an edge zone. This edge zone is narrow compared to the thickness of the resulting semiconductor element. The anode emitter, which in the case shown here forms the entire anode, is p⁺ -doped, the area covering with p-doping atoms on the anode being less than 2 × 10¹⁴ cm^-2 , preferably less than 1 × 10¹³ cm^-2 is. Depending on the type of semiconductor element, the anode has various structures. Subsequently, a second metal layer, the anode metallization6 , can also be applied on this side for contacting. Finally, the anode efficiency is preferably reduced by irradiation with high-energy ions into the anode5 and the part of the stop layer21 adjoining the anode5 .

Es entsteht, wieFig. 1e zeigt, ein Halbleiterelement HL mit einer Kathodenstruktur3 mit zugehöriger Kathodenmetalli­sierung4 und Steuerelektrode7, einer Anode5 mit zugehöriger Anodenmetallisierung6 und einer der Anode5 benachbarten, vorzugsweise an diese angrenzende Stoppzone21, welche ein zur Anode5 hin abgeschnittenes Dotierungsprofil aufweist. Das erfindungsgemässe Halbleiterelement HL weist jedoch eine relativ geringe Dicke auf, typischerweise 80-180 µm, wobei die Dicke von der Spannungsklasse des Halbleiterelementes abhängt.The result, asshown. 1eshows, a semiconductor element HL having a cathode structure3 with an associated Kathodenmetalli tion4 and the control electrode7, an anode5 with an associated anode metallization6 and an anode5 adjoining, preferably adjoining this stop zone21 which is a to the anode5 has cut-off doping profile. However, the semiconductor element HL according to the invention has a relatively small thickness, typically 80-180 μm, the thickness depending on the voltage class of the semiconductor element.

InFig. 2 erkennt man das Gesamtprofil der wesentlichen Dotierungen des erfindungsgemässen Halbleiterelementes HL:
Die Strecke von A nach A' in der Ordinate zeigt den Wafer1 in seiner ursprünglichen Dicke, die Strecke von A nach B die Dicke des fertiggestellten Halbleiterelementes HL. Die Abszisse zeigt einerseits das elektrische Feld, andererseits ist sie logarhythmisch und stellt die Anzahl Dotieratome pro cm² dar.InFIG. 2 it can be seen the overall profile of the main impurities of the inventive semiconductor element HL:
The path from A to A 'in the ordinate shows the wafer1 in its original thickness, the path from A to B the thickness of the finished semiconductor element HL. The abscissa shows the electric field, on the one hand, it is logarhythmic and represents the number of doping atoms per cm² .

Wie man ausFig. 2 erkennt, wird das n^--dotierte Ausgangsmaterial im ersten Verfahrensschritt zur implantierten oder dotierten Seite hin durch eine n- beziehungsweise n⁺-Dotierung abgelöst, wobei die Dichte zur dotierten Seite hin zunimmt. Bei der Reduktion der Waferdicke wird die verbleibende dotierte Endzone, das heisst die Sperrzone21, so dimensioniert, dass im Sperrbetrieb des Halbleiterelementes ein Lawinenzusammenbruch erfolgt, bevor das elektrische Feld die Anode5 erreicht hat. Um den Emitter-Wirkungsgrad zu optimieren, ist die Dotierung der Stoppzone so stark gewählt, dass anodenseitig eine Spitzendotierung von mindestens 5 × 10¹⁴ cm^-3, vorzugsweise 1 × 10¹⁵ cm^-3, und maximal 6 × 10¹⁶ cm^-3, vorzugsweise 1 × 10¹⁶ cm^-3, erreicht wird. Dies ist in diesem Beispiel vor der Stelle = Punkt B - Dicke der Anode5 der Fall, wobei Punkt B die Dicke des fertiggestellten Halbleiterelementes gemässFig. 1e darstellt.As can be seen fromFIG. 2, the n^- -doped starting material is replaced in the first method step towards the implanted or doped side by an n- or n⁺ - doping, the density increasing towards the doped side. When the wafer thickness is reduced, the remaining doped end zone, that is to say the blocking zone21 , is dimensioned such that an avalanche collapse occurs in the blocking mode of the semiconductor element before the electrical field has reached the anode5 . In order to optimize the emitter efficiency, the doping of the stop zone is selected so strongly that a peak doping on the anode side of at least 5 × 10¹⁴ cm^-3 , preferably 1 × 10¹⁵ cm^-3 , and a maximum of 6 × 10¹⁶ cm^-3 , preferably 1 × 10¹⁶ cm^{-3 is} achieved. In this example, this is the case before the point = point B - thickness of the anode5 , point B representing the thickness of the finished semiconductor element according toFIG. 1e.

Fig. 2 zeigt zudem das elektrische Feld im Sperrbetrieb.Fig. 2 also shows the electric field in blocking operation.

Das erfindungsgemässe Verfahren ermöglicht somit die Herstellung von dünnen Leistungshalbleiterelementen mit einer transparenten Anode und einer integrierten Stoppschicht.The method according to the invention thus enablesProduction of thin power semiconductor elements with onetransparent anode and an integrated stop layer. 

BezugszeichenlisteReference list

11

Wafer
Wafer

22nd

Diffusionsgebiet
Diffusion area

2020th

Dotierprofil
Doping profile

2121

Stoppzone
Stop zone

33rd

Kathodenstruktur
Cathode structure

33rd

' Kathode
'Cathode

44th

Kathodenmetallisierung
Cathode metallization

55

Anode
anode

66

Anodenmetallisierung
Anode metallization

77

Steuerelektrode
HL Halbleiterelement
E_SPControl electrode
HL semiconductor element
E_SP

Elektrisches Feld im Sperrbetrieb
Electric field in blocking mode

Claims (11)

Translated fromGerman

1. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterelementes (HL) mit einer Kathode (3) und einer Anode (5) aus einem Wafer (1), wobei

• a) der Wafer (1) zuerst kathodenseitig behandelt wird,
• b) daraufhin die Dicke des Wafers (1) auf der der Kathode (3') entgegengesetzten Seite reduziert wird und
• c) in einem weiteren Schritt auf dieser Seite eine Anode (5) erzeugt wird,

dadurch gekennzeichnet, dass vor der kathodenseitigen Behandlung eine Stoppzone (21) eingebracht wird.1. A method for producing a semiconductor element (HL) with a cathode (3 ) and an anode (5 ) from a wafer (1 ), wherein

• a) the wafer (1 ) is first treated on the cathode side,
• b) then the thickness of the wafer (1 ) on the side opposite the cathode (3 ') is reduced and
• c) an anode (5 ) is produced in a further step on this side,

characterized in that a stop zone (21 ) is introduced before the cathode-side treatment.2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke des Wafers (1) im Schritt b) derart reduziert wird, dass mindestens ein Teil der Stoppzone (21) erhalten bleibt.2. The method according to claim 1, characterized in that the thickness of the wafer (1 ) is reduced in step b) in such a way that at least part of the stop zone (21 ) is retained.3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wafer (1) zur Einbringung der Stoppzone (21) von der der Kathode (3') entgegengesetzten Seite dotiert wird, wobei das Dotierprofil (20) so gewählt wird, dass nach Reduktion der Waferdicke von der, der Kathode entgegengesetzten Seite her, mindestens eine Endzone übrigbleibt, die mindestens annähernd die Stoppzone (21) bildet.3. The method according to claim 1, characterized in that the wafer (1 ) for introducing the stop zone (21 ) from the side opposite the cathode (3 ') is doped, the doping profile (20 ) being chosen such that after reduction of the At least one end zone remains from the side opposite the cathode, which at least approximately forms the stop zone (21 ).4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die verbleibende Endzone so dimensioniert wird, dass bei Erhöhung der Spannung im Sperrzustand des Halbleiterelementes (HL) ein Zusammenbruch erfolgt, bevor das elektrische Feld die Anode (5) erreicht hat.4. The method according to claim 3, characterized in that the remaining end zone is dimensioned such that when the voltage in the off state of the semiconductor element (HL) increases, a breakdown occurs before the electric field has reached the anode (5 ).5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dass die zur Erzeugung der Stoppzone (21) benötigte Diffusion bei einer Temperatur von mindestens 1200°C erfolgt.5. The method according to claim 1, characterized in that the diffusion required to produce the stop zone (21 ) takes place at a temperature of at least 1200 ° C.6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Stoppzone (21) mit einer anodenseitigen Spitzendotierung von mindestens 5 × 10¹⁴ cm^-3, vorzugsweise 1 × 10¹⁵ cm^-3, und maximal 6 × 10¹⁶ cm^-3, vorzugsweise 1 × 10¹⁶ cm^-3, eingebracht wird.6. The method according to claim 1, characterized in that a stop zone (21 ) with an anode-side tip doping of at least 5 × 10¹⁴ cm^-3 , preferably 1 × 10¹⁵ cm^-3 , and a maximum of 6 × 10¹⁶ cm^-3 , preferably 1 × 10¹⁶ cm^-3 , is introduced.7. Halbleiterelement mit einer Kathode (3') und einer Anode (5), wobei benachbart zur Anode (5) eine Stoppzone (21) vorhanden ist, deren Dotierungsdichte zur Anode (5) hin zunimmt, dadurch gekennzeichnet, dass die Stoppzone (21) ein zur Anode (5) hin abgeschnittenes Dotierungsprofil aufweist.7. Semiconductor element with a cathode (3 ') and an anode (5 ), a stop zone (21 ) being present adjacent to the anode (5 ), the doping density of which increases towards the anode (5 ), characterized in that the stop zone (21 ) has a doping profile cut off towards the anode (5 ).8. Halbleiterelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das abgeschnittene Dotierungsprofil ein Randabschnitt eines Gaussprofils oder eines komplementären Fehlerfunktions-Profils ist.8. The semiconductor element according to claim 7, characterized in thatthat the truncated doping profile is an edge sectiona Gaussian profile or a complementary oneError function profile.9. Halbleiterelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Anode (5) einen transparenten Anodenemitter aufweist.9. The semiconductor element according to claim 7, characterized in that the anode (5 ) has a transparent anode emitter.10. Halbleiterelement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Flächenbelegung mit p-Dotieratomen an der Anode weniger als 2 × 10¹⁴ cm^-2, vorzugsweise weniger als 1 × 10¹³ cm^-2 beträgt.10. The semiconductor element according to claim 9, characterized in that the area coverage with p-doping atoms on the anode is less than 2 × 10¹⁴ cm^-2 , preferably less than 1 × 10¹³ cm^-2 .11. Halbleiterelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleiterelement eine Dicke von 80-180 µm, aufweist.11. The semiconductor element according to claim 7, characterized in thatthat the semiconductor element has a thickness of 80-180 µm,having.